Осветление воды на полимербетонных фильтрах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Коновалов, Анатолий Васильевич

• Коновалов, Анатолий Васильевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Коновалов, Анатолий Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБРАБОТКЕ ВОДЫ

ФИЛЬТРОВАНИЕМ.

1.1. Обзор фильтровальной техники для очистки воды в современной отечественной и зарубежной практике.

1.2. Перспективы развития фильтровальных аппаратов.

1.3. Выводы по главе.

2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ И ФИЛЬТРОВАНИЯ ЧЕРЕЗ ПОРИСТЫЙ ПОЛИМЕРБЕТОН.

2.1. Анализ теорий структурообразования зернистых сред и физических моделей фильтрования на их основе

2.2. Физическая модель пористого полимербетона.

2.3. Расчет параметров композиционного фильтроматериала.

2.3.1. Обоснование выбора заполнителя для изготовления полимербетонного фильтра.

2.3.2. Определение дозы связующего полимербетонной смеси.

2.3.3. Определение плотности полимербетонного фильтроматериала.

2.3.4. Определение пористости полимербетонного фильтроматериала

2.3.5. Расчет сечений межзерновой камеры при гексональной упаковке зерен сферической формы диаметров с!3.

2.3.6. Расчет средней скорости движения жидкости в поровом канале фильтроперегородки.

2.4. Выводы по главе.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФИЛЬТРОВАНИЯ НА ПОЛИМЕРБЕТОННЫХ ФИЛЬТРАХ.

3.1. Влияние состава полимербетонного фильтроматериала и толщины фильтроперегородки на степень осветления фильтрата.

3.2. Технологические исследования эффективности работы полимербетонных фильтров в системе очистки гальваностоков.

3.2.1. Технологии промывки фильтра.

3.3. Технологические исследования режимов работы полимербетонных фильтров для очистки воды, забираемой из реки Дон, на Александровских очистных сооружениях Ростовского - на - Дону .горводопровода.

3.3.1. Описание экспериментальной установки.

3.3.2. Технологические исследования работы полимербетонных фильтров для очистки воды с цилиндрическими фильтроэлементами.

3.3.3. Технологические исследования работы полимербетонных фильтров с горизонтальными плоскими фильтроэлементами

3.3.4. Определение устойчивых режимов работы полимербетонных фильтров в системе водоподготовки.

3.3.5. Неустойчивые режимы работы полимербетонных фильтров

3.4. Выводы по главе.

4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ПОЛИМЕРБЕТОННЫХ ФИЛЬТРОВ

4.1. Общие принципы проектирования полимербетонных фильтров.

4.1.1. Технология моделирования на "фильтр-колонке".

4.2. Полимербетонные фильтры ПБФ-50 MB.

4.2.1. Технические данные и характеристики.

4.3. Полимербетонные фильтры с тарельчатыми фильтроэлементами

4.4. Разработка пакетного фильтроэлемента пластинчатого типа.

4.4.1. Параметрический ряд фильтроблоков пластинчатого типа

4.5. Блок очистки воды на основе полимербетонных фильтров.

4.5.1. Характеристика технической воды, поступающей на котельные установки РЭРЗ. Обоснование выбора конструкций фильтра .121 4.6.Выводы1тио главе

5. ТЕХНИКО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ВОДООЧИСТКИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА И СИСТЕМ ВОДОПОДГОТОВКИ И КАНАЛИЗАЦИИ В РОССИИ.

5.1. Состояние вопроса и принципиальные подходы к решению поставленной задачи

5.2. Расчет потребности в полимербетонных фильтрах ПБФ-50 по Ростовской области.

5.2.1. Потребность в фильтрах для систем оборотного водоснабжения.

5.2.2. Потребность в фильтрах для очистных сооружений Ростовской области.

5.2.3. Потребность в фильтрах для очистки питьевой воды.

5.3. Расчет экономической эффективности от перевода на оборотное водоснабжение предприятий Ростовской области с использованием механических фильтров типа ПБФ-50-МВ.

5.3.1. Определение величины эффекта, выраженного в денежных единицах, за счет внедрения оборотного водоснабжения в области.

5.4. Расчет экономической эффективности внедрения системы оборотного водоснабжения на предприятиях Ростовской области с использованием фильтров ПБФ-50-МВ.

5.5. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Осветление воды на полимербетонных фильтрах»

Обзор источников информации по экологической обстановке на территории России и стран СНГ [1, 2, 3, 4, 48] дает основание утверждать, что из года в год продолжается процесс сползания к непредсказуемым экологическим ситуациям, росту риска технологических катастроф. В отдельных регионах она достигла уже критического значения.

Наибольшую опасность для человека представляет недостаток кондиционной воды, ее качественные изменения [52].

Процесс получения и подачи воды зависит от ряда факторов, одним из которых является состояние централизованных систем водоподготовки [53].

Действующая в стране система водоснабжения находится в чрезвычайно плохом состоянии; более 40 процентов водопроводов с заборами воды из поверхностных источников, обеспечивающих 68 процентов водопотребителей в городах и поселках городского типа и около 10 % в сельской местности, не имеют комплекса очистных сооружений для очистки воды [2].

Эксплуатируемые водоочистные сооружения построены, как правило, по устаревшим технологическим схемам, предназначенным для очистки природных вод с небольшим количеством техногенных и антропогенных загрязнений.

Положение дополнительно усугубляется тем, что недостаточная степень развития системы оборотного водоснабжения, несовершенство замкнутых циклов водопотребления, ведет к нерациональному использованию воды питьевого качества для технологических нужд, а соответственно - к гидравлической перегрузке водоочистных комплексов, тем более, что такие комплексы страдают отсутствием полного комплекта установок водоочистки на 33 процентах коммунальных и 46 процентах ведомственных водопроводов.

В создавшейся кризисной ситуации концепция Федеральной целевой программы определяет обеспечение потребителя водой приоритетной проблемой.

Анализ известных в науке и технике решений проблемы очистки воды [4, 48, 49, 50] свидетельствует, что основными элементами при водоподготовке на очистных сооружениях являются песчаные фильтры, в том числе скорые - с зернистой загрузкой различных модификаций. Однако резервы таких фильтров невелики, они имеют весьма низкую удельную производительность на единицу рабочего объема (порядка 1,5-3,0 м3/(ч-м3), а, следовательно, высокую стоимость на строительство и эксплуатационные затраты.

Фильтр из связанных специальными смолами песчано-гравийных фракций, так называемый полимербетонный фильтр, разработан в Ростовском государственном университете путей сообщения (РГУПС) [48].

Цель работы - на основании теоретических, технологических и экспериментальных исследований показать эффективность использования полимербетонных фильтров в системе водоочистки и выявить устойчивые режимы работы таких фильтров.

На защиту выносятся следующие результаты исследований:

- скорректированная физическая модель Слихтера для реального полимербетонных фильтров с учетом толщины пленки, покрывающей зерна заполнителя; результаты теоретических исследований основных параметров полимербетонного фильтроматериала с учетом предложенной физической модели реального пористого полимербетонного фильтроматериала; результаты реальных технологических и экспериментальных исследований, проведенных на полимербетонных фильтрах производственного масштаба на участке гальванопокрытий опытного завода "Ростовский" г. Ростова-на-Дону в системе доочистки гальваностоков и на Александровских очистных сооружениях Ростовского-на-Дону горводопровода;

- результаты экспериментальных исследований по разработке компактной высокопроизводительной конструкции фильтра для очистки волы с использованием полимербетонных фильтроэлементов; технико-эколого-экономическое обоснование целесообразности внедрения полимербетонных фильтров в системе водоочистки, как пример, в системе водоподготовки Ростовской области. Работа выполнялась: на кафедре "Водоснабжение" Московского государственного строительного университета;

- на кафедре "Безопасность жизнедеятельности", ГУЛ НИЦ "Экотехника" Ростовского-на-Дону государственного университета путей сообщения.

Выражаю благодарность доценту кафедры "Безопасность жизнедеятельности" Сапрыкину Владимиру Ивановичу за содействие в проведении технологических и экспериментальных исследований на Александровских очистных сооружениях г. Ростова-на-Дону и консультации по работе, а также заведующему кафедры "Безопасность жизнедеятельности" профессору Гарину Вадиму Михайловичу, заведующему отделом докторантуры и аспирантуры Финоченко Виктору Анатольевичу за помощь при подготовке работы к защите.

Заключение диссертации по теме «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», Коновалов, Анатолий Васильевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании информационных исследований и результатов рекогносцировочных экспериментов предложен к использованию в системе водоочистки полимербетонный фильтр, обоснован приоритет такого фильтра по сравнению с аналогичным фильтром с зернистой загрузкой.

2. Предложена скорректированная физическая модель полимербетонного фильтроматериала с учетом толщины пленки, покрывающей зерна заполнителя и на ее основе установлена зависимость толщины полимербетонной фильтроперегородки от диаметра зерна заполнителя, определены ее оптимальные параметры.

3. Разработана и проверена экспериментально оригинальная методика расчета плотности полимербетонного фильтроматериала, позволяющая определить его основную характеристику - пористость, а также рецептура фильтроматериала, обеспечивающая требуемую структуру фильтроэлемента.

4. Выполнен расчет сечений межзерновой камеры полимербетона и решена задача определения средней скорости неравномерного движения жидкости в разветвленном поровом канале переменного сечения, что необходимо для проведения гидравлических расчетов.

5. В процессе экспериментальных исследований полимербетонный фильтр показал высокую эффективность при использовании в системе оборотного водоснабжения для локальной доочистки гальваностоков от взвешенных веществ с эффектом очистки 80.96 %. При работе с электрокоагулятором концентрация взвешенных веществ снижена в 5. 16 раз по сравнению с исходной концентрацией взвеси, эффект очистки по железу общему 57.88%. Максимальный эффект очистки установлен при скорости фильтрования 4-5 м/ч.

6. Экспериментальные исследования работы полимербетонных фильтров на Александровских очистных сооружениях Ростовского-на-Дону горводопровода позволили установить устойчивый (0=0,9. 1,8 мЗ/ч, Уф=3,0 м/ч) режим фильтрования, когда максимум осветления воды совпадает с

153 окончанием периода формирования биопленки на поверхности фильтра. Выявлены неустойчивые режимы работы полимербетонных фильтров (С>=0,36.0,8 м3/ч, Уф=0,5.1,4 м/ч) и предложена модель физической картины их возникновения.

7. Результаты лабораторных и производственных исследований показали, что область применения полимербетонных фильтров ограничена максимальной мутностью исходной воды 600 мг/л, при этом при I ступенном фильтровании мутность фильтрата снижается до 20-25 мг/л, а при II ступенном фильтровании отвечает СанПиН, при скорости фильтрования до 5 м/ч.

8. Результаты экспериментальных исследований позволили разработать конструкции полимербетонных фильтров нового типа с высококомпактными фильтроэлементами пластинчатого типа с перекрестным направлением потоков жидкости, а также создать блок осветления воды за счет реконструкции скорых фильтров с зернистой загрузкой.

9. Технико-эколого-экономический анализ и обоснование перспектив развития направления выполнены, как пример, в системе водоподготовки Ростовской области. Рассчитана экономическая эффективность программы внедрения системы оборотного водоснабжения с использованием полимербетонных фильтров. В результате чистый дисконтированный доход к концу пятого года реализации программы составит 3838,4 млн. руб. индекс рентабельности - 31,0.

154

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Коновалов, Анатолий Васильевич, 2000 год

1. Концепция Федеральной целевой программы. Обеспечение населения России питьевой водой. . Постановление Правительства РФ от 06.03.98., № 292.

2. Государственный доклад. О состоянии окружающей природной среды Российской .Федерации в 1*997 году. М.: Государственный центр экологических программ. 1998. 608 с.

3. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: Учебн. пособие для вузов. М.: Издательство МГУ. 1996. - 680 е., 178 ил.

4. Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение. Учебн. для вузов. -Стройиздат. 1995. 688 с.

5. Кореневский В.И., Коновалов A.B. Геометрия порового канала пористого полимербетона. Сборник докладов научно-практической конференции. Промышленная экология-97. Санкт-Петербург: 1997.

6. Кореневский В.И., Лебедева И.В. Коновалов A.B. Расчет пористой полимербетонной перегородки. Ростовская-на-Дону государственная академия строительства. Ростов-на-Дону: 1997.

7. Гигиенический сертификат № 77.ЭГ.06485. г. 0067 «Д» -98 от 1 июля 1998 г Фильтры полимербетонные типа ПБФ, Департамент С ЭН МЗ РФ.

8. S Аравин В.И. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР М.: Наука. 1969. - С. 28-35.

9. Аравин В.И., Носова О.Н. Натурные исследования фильтрации. Л.: Энергия. 1964. — 116 с.

10. Ю.Белов C.B. Пористые металлы в машиностроении М.: Машиностроение. 1981.- 247 с.

11. Кравцов М.В. Гидравлика зернистых материалов Минск: Наука и техника. 1980. - 167 с.

12. Лейбензон Л.С Движение природных жидкостей и газов в пористой среле М.: Ростехиздат. 1953. 457 с.

13. З.Маскет М. Течение однородных жидкостей через пористые среды (пер. с англ. -М: 1949. - С.40-44.

14. Хеппель Д.Ж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. -М.: МИР. 1976.

15. Минц Д.М., Шуберт С.А. Гидравлика зернистых материалов. М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1955.

16. Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский A.A. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. М.: Высшая школа. 1984. -С. 152.

17. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. М.: Наука. 1975.

18. Аюкаев Р.И., Мельцер В.З. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды. Справ, пособие. Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение. 1985. - 120 с.

19. Отчет о научно-исследовательской работе. Исследование свойств полимера бетонных фильтров от 31.12.88 г. РИИЖТ. Ростов-на-Дону: 58 с.

20. Кореневский В.И., Кореневский Г.В., Коновалов A.B. Полимербетонные фильтры в системах водоочистки и водоотведения. Высокие технологии на пороге XXI века. Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 2000. - 95 с.

21. Быкадоров Л.Ф. Разработка технологии изготовления и определения основных характеристик гравийно-клеевых фильтров, изготовленных на. основе эпоксидной смолы ЭД-5. Отчет 1976 г. РИИЖТ. Ростов-на-Дону.

22. Быкадоров Л.Ф. Разработка, изготовление и исследование гравийно-клеевых фильтров конструкции РИИЖТа для проявочных машин. Отчет 1983 г. РИИЖТ. Ростов-на-Дону.

23. Кардашов Д.А., Петров А.П. Полимерные клеи. М.: «Химия». 1983.

24. Коновалов В.М., Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А. Очистка рабочих жидкостей в гидроприводах станков. М.: Машиностроение. 1986. - 287 с.

25. Кореневский В.И., Лебедева И.В. Пористость полимербетонного фильтроматериала. РИИЖТ. М.: 1986. - 3 с Деп. в ВИНИТИ 10.11.86, № 4926-В.

26. Быкадоров Л.Ф., Кореневский В.И., Шатихина ТА., Лебедева И.В. Разработка, изготовление и исследование гравийно-клеевых фильтров конструкции РИИЖТа для проявочных машин. Отчет 1983 г., РИИЖТ.

27. Кореневский *В.И., Лебедева И.В., и др. Отчет о научно-исследовательской работе. Очистка рабочих жидкостей гидроприводов гравийно-клеевыми фильтрами (заключительный). РИИЖТ. Ростов-на-Дону: 1983. - 69 с.

28. Воробьев Р.Н. Химическая стойкость полимерных материалов. М.: 1981.

29. Кардашев Д.А. Конструкционные клеи. М.: 1980.

30. БаштаТ.М. Машиностроительная гидравлика. М.: 1971.

31. Кореневский В.И. Исследование эффективности работы полимербетонных фильтров в системе локальной очистки гальваностоков на опытном заводе «Ростовский» отчет о научно-исследовательской работе. РИИЖТ, - Ростов-на-Дону: 1991.

32. Шатихина Т.А., Быкадоров Л.Ф. Исследование суффозии и кольматации гравийно-клеевых фильтров. В сб.: Очистка природных и сточных вод. -Ростов-на-Дону: Рост. инж.-строит, ин-т, 1981. С. 109-119.

33. Кореневский ВН. Сапрыкин В.И., Коновалов A.B. и др. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследование эффективности работы полимербетонных фильтров на Александровских очистных сооружениях Ростовского горводопровода. РГУПС.- Ростов-на-Дону: 1991.

34. Кореневский В.И., Коновалов A.B. Полимербетонные фильтры для очистки жидкости с фильтроблоками пластинчатого типа. Пензенский государственный технический университет: Приволжский Дом знании -Пенза: 1996.

35. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.

36. Кореневский В.И., Кореневский Г.В., Матвеев В.Ф., Коновалов A.B. Пояснительная записка к проекту реконструкции фильтра системы водоснабжения Днепропетровского мясокомбината. Ростов-на-Дону: РГУПС, 1992.

37. Гирусов Э.В., Бобылев С.Н. , Новоселов А.П., Чепурных Н.В. Экология и экономика природопользования. М. «Закон и право», ЮНИТИ, 1998.41 .Инновационный менеджмент (под ред. проф. Ильянковой С.Д.) М.: «Банки и биржи», ЮНИТИ. 1997.

38. Юдаков О. Методы оценки финансовой эффективности рисков реальных инвестиций в условиях неопределенности. Инвестиции в России. 1999. -№3, С. 27-30.

39. Москвин В. Кредитование инвестиционных проектов инвестиции в России. 1999. - № 3. С. 35-43.

40. Ефимов O.B. Дисконтированная стоимость. Расчет и анализ. -Бухгалтерский учет. 1998. № Ю, С.97-102.

41. Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк. - 1987.-479 с.

42. Сапрыкин В.И., Коновалов A.B. Неустойчивые режимы работы полимербетонных фильтров. Ростов-на-Дону: 2000.

43. Михайлов K.É., Патуроев В.В., Крайс Р. Полимербетоны и конструкции на их основе. М.: Стройиздат. 1989. - 304 с.

44. Гарин В.М. и др. Промышленная экология: Учеб. Пособие для вузов. РГАСХМ Ростов-на-Дону: 1999. - 152 с.

45. Громогласов A.A. и др. Водоподготовка: процессы и аппараты. М.: Энергоатомиздат. 1990.

46. Рабинович Г.Р., Свердлов И.М. Комплектноблочные сооружения водоснабжения и канализации. 1990. № 4.

47. Плотников А.И., Алексеев B.C. Проектирование и эксплуатация водозаборов подземных вод. М.: Стройиздат, 1990.

48. Рахманин Ю.А., Николадзе Г.И. и др. Современное состояние и перспективы улучшения питьевого водоснабжения в Российской Федерации. М.: 1995.

49. Сидоренко Г.И., Рахманин Ю.А. Состояние централизованного питьевого водоснабжения в Российской Федерации: научно-медицинское обеспечение мероприятий по его улучшению. РАМН. М.: 1993.

50. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика. М.: Машиностроение, 1978.

51. Чугаев P.P. Гидравлика. JL: Энергоиздат. 1982.

52. Кореневский В.И., Коновалов A.B., Матвеев В.Ф., Кореневский Г.В. Пояснительная записка к проекту реконструкции фильтра системы водоснабжения Днепропетровского мясокомбината. РИИЖТ. Ростов-на-Дону: 1992. - 19 с.

53. Белов C.B. Пористые проницаемые материалы, Справочник. М/. Металлургия. 1987. - 332 с.

54. Кореневский В.И. Разработка опытного образца полимербетонного фильтра повышенной производительности. Отчет о НИР (промеж.). /РИИЖТ. -Ростов-на-Дону: 1986. 32 с.

55. Кореневский В.И. Разработка и внедрение полимербетонных фильтров для очистки технической воды, лаков и других жидкостей. Отчет о НИР (закл.).

56. РИИЖТ. Ростов-на-Дону: 1987. - 44 с.1

57. Кореневский В.И. Исследование, разработка и освоение полимербетонных фильтров для фильтрации растворов проявочных машин. Отчет о НИР (закл.). /РИИЖТ. Ростов-на-Дону: 1985. - 56 с.

58. Тодосийчук A.B. О науке и инновациях. Основные нормативные акты "Нормативный сборник". М.: Буквица, 1998. - 400 с.V

59. Экономика железных дорог. Журнал для руководителей и финансово-экономических работников. М.: № 11,1999. - С. 52-66.

60. Клаус Норт. Основы экологического менеджмента (Введение в экологию промышленного производства). -М.: 1994. 218 с.

61. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. Учебное пособие для системы повышения квалификации и переподготовки государственных служащих. Под общей редакцией проф. В.И. Данилова Демьяна - М.: Изд-во МНЭ ПУ. 1997. - 744 с.

62. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. М.: Издательство "Протектор". 1995. - 624 с.

63. Прогресс и экологические проблемы/ В.А. Аверченко и др. Новочеркасск: 1996.-576 с.

64. Петров В.В. Экологическое право России. Учебник для вузов. М.: Издательство БЕК, 1995. - 557 с.